机械原理。
课程设计说明书。
设计题目：单缸四冲程柴油机。
院（系、部）：机械工程学院
专业：机械设计制造及其自动化
班级：机械0907
学号：2009000199
设计者 ： 王国华。
指导教师： 洪业。
2024年 1月 13日
目录。1、机构简介与设计数据。
1）机构简介。
2）设计数据。
2、设计内容及方案分析。
1）曲柄滑块机构的运动分析。
2）齿轮机构的设计。
3）凸轮机构的设计。
3、设计体会。
4、主要参考文献。
单缸四冲程柴油机。
1、 机构简介与设计数据。
1）机构简介。
柴油机（如附图1（a））是一种内燃机，他将燃料燃烧时所产生的热能转变成机械能。往复式内燃机的主体机构为曲柄滑块机构，以气缸内的燃气压力推动活塞3经连杆2而使曲柄1旋转。
本设计是四冲程内燃机，即以活塞在气缸内往复移动四次（对应曲柄两转）完成一个工作循环。在一个工作循环中，气缸内的压力变化可由示功图（用示功器从气缸内测得，如附图1（b）所示），它表示汽缸容积（与活塞位移s成正比）与压力的变化关系，现将四个冲程压力变化做一简单介绍。
进气冲程：活塞下行，对应曲柄转角θ=0°→180°。进气阀开，燃气开始进入汽缸，气缸内指示压力略低于1个大气压力，一般以1大气压力算，如示功图上的a → b。
压缩冲程：活塞上行，曲柄转角θ=180°→ 360°。此时进气完毕，进气阀关闭，已吸入的空气受到压缩，压力渐高，如示功图上的b→c。
做功冲程：在压缩冲程终了时，被压缩的空气温度已超过柴油的自燃的温度，因此，在高压下射入的柴油立刻爆燃，气缸内的压力突然增至最高点，燃气压力推动活塞下行对外做功，曲柄转角θ=360°→540°。随着燃气的膨胀，气缸容积增加，压力逐渐降低，如图上c→b。
排气冲程：活塞上行，曲柄转角θ=540°→720°。排气阀打开，废气被驱出，气缸内压力略高于1大气压，一般亦以1大气压计算，如图上的b→a。
进排气阀的启闭是由凸轮机构控制的。凸轮机构是通过曲柄轴o上的齿轮z1和凸轮轴上的齿轮z2来传动的。由于一个工作循环中，曲柄转两转而进排气阀各启闭一次，所以齿轮的传动比i12=n1/n2=z1/z2 =2。
由上可知，在组成一个工作循环的四个冲程中，活塞只有一个冲程是对外做功的，其余的三个冲程则需一次依靠机械的惯性带动。
2）设计数据。
设计数据表1
设计数据表2
2、 设计内容及方案分析。
1） 曲柄滑块机构的运动分析。
已知：活塞冲程h，连杆与曲柄长度之比λ，曲柄每分钟转数n1。
要求：设计曲柄滑块机构，绘制机构运动简图，做机构滑块的位移、速度和加速度运动线图。
曲柄位置图的做法如附图2所示，以滑块在上指点是所对应的曲柄位置为起始位置（即θ=0°），将曲柄圆周按转向分成12等分分得12个位置1→12，12′（θ375°）为气缸指示压力达最大值时所对应的曲柄位置，13→24为曲柄第二转时对应的各位置。
1）设曲柄长度为r，连杆长度为l，由已知条件：
=l/r=4，h=（l+r）-（l-r）=2r=120mm
可得r=60mm，l=240mm按此尺寸做得曲柄滑块机构的机构运动简图，如图1。
2） 凸轮机构的设计。
已知：从动件冲程h，推程和回程的许用压力角推程运动角φ，远休止角φs，回程运动角φ′，从动件的运动规律如(附图3)所示。
要求：按照许用压力角确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径，画出凸轮实际廓线。并画在2号图纸上。
s ′附图从动件运动规律图。
1）运动规律的选择：
根据从动件运动规律图(附图3)分析知位移s对转角φ的二阶导数为常数且周期变换，所以确定为二次多项式运动规律。 公式：
s=c0+c1δ+c2δ2
加速阶段 0-25°
s=2hδ2/δ0
减速阶段 25-50°
s=h-2h(δ0-δ)2/δ02
以从动件开始上升的点为δ=0°
据此计算得。
根据上表绘制出从动件上升位移。
s= s(δ)的变化曲线（如图4）
2）**法凸轮的设计。
如大图二所示，设计凸轮机构的凸轮廓线时，可先定出滚子中心在推杆复合运动中依次占据的位置，然后再定圆心，以滚子半径为半径，作一系列的圆，再作此圆族的包络线，即为凸轮的轮廓曲线。通常把滚子中心在复合运动中的轨迹称为凸轮的理论廓线。而把与滚子直接接触的凸轮廓线称为凸轮的工作廓线或实际廓线。
凸轮的基圆半径通常系指理论廓线的基圆半径。
由上述可知，在设计滚子推杆凸轮机构的凸轮廓线时，可首先将滚子中心视为尖顶推杆的尖顶，然后以理论廓线上的一系列点为圆心，以滚子半径为半径作圆，再作此圆族的包络线即得凸轮的工作廓线。
3） 齿轮机构的设计。
已知：齿轮齿数z1，z2，模数m，分度圆压力角α，齿轮为正常齿制，再闭式润滑油池中工作。
要求：计算齿轮各部分尺寸，用2号图纸绘制齿轮传动的啮合图。
1）传动类型的选择：
按照一对齿轮变位因数之和（x1+x2）的不同，齿轮传动可分为零传动、正传动和负传动。
零传动就是变位因数之和为零。零传动又可分为标准齿轮传动和高度变为齿轮传动。
高变位齿轮传动具有如下优点：小齿轮正变位，齿根变厚，大齿轮负变位，齿根变薄，大小齿轮抗弯强度相近，可相对提高齿轮机构的承载能力；大小齿轮磨损相近，改善了两齿轮的磨损情况。 因为在柴油机中配气齿轮要求传动精确且处于高速运动中，为提高使用寿命高变位齿轮较为合适。
本设计为零传动标准啮合齿轮。
2）变位因数的选择：
此次设计应用封闭图法，查表计算得x1=0.23 x2=-0.23, 数据查表得具体参考《齿轮设计与实用数据速查》第34页内容（ 张展主编机械工业出版社）
3）齿轮机构几何尺寸的计算：
齿轮m=5>1 且为正常齿制故ha*=1 ， c*=0.25
3、 设计体会。
经过几天不断的努力，身体有些疲惫，但看到劳动后的硕果，心中又有几分喜悦。总而言之，感触良多，收获颇丰。
通过认真思考和总结，机械设计存在以下一般性问题：机械设计的过程是一个复杂细致的工作过程，不可能有固定不变的程序，设计过程须视具体情况而定，大致可以分为三个主要阶段：产品规划阶段、方案设计阶段和技术设计阶段。
值得注意的是：机械设计过程是一个从抽象概念到具体产品的演化过程，我们在设计过程中不断丰富和完善产品的设计信息，直到完成整个产品设计；设计过程是一个逐步求精和细化的过程，设计初期，我们对设计对象的结构关系和参数表达往往是模糊的，许多细节在一开始不是很清楚，随着设计过程的深入，这些关系才逐渐清楚起来；机械设计过程是一个不断完善的过程，各个设计阶段并非简单的安顺序进行，为了改进设计结果，经常需要在各步骤之间反复、交叉进行，指导获得满意的结果为止。
获得这份拥有是我们团队共同努力的结果。我们通过默契的配合，精细的分工，精诚的合作，不断的拼搏，共同完成了这一艰巨而又光荣的任务。
在这里，特别要感谢一下洪老师。经过她的精心指导，我们多了几分激情，少了几分麻烦，多了几分灵感，少了几分忧虑。
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